Бул таң калыштуу, бирок заманбап космостук аппараттар 20-кылымда иштелип чыккан эскирген процессорлор менен жабдылган. Бул макалада биз мындай абалдын себеби эмнеде экенин айтып беребиз.
Космостук кораблдер — бардык электроника менен жабдылган техниканын чыныгы кереметтери. Албетте, бул процессорлорду да камтыйт, анын аркасында жабдуулар абдан татаал эсептөөлөрдү жасай алат. Бирок, NASA жана башка космостук агенттиктерди иштеп чыгууда колдонулган чиптер көп учурда өндүрүштөн көптөн бери эскирген аппараттар сыяктуу көрүнүшү мүмкүн.
Процессор жөнүндө сөз кылганда, балким, дароо эле биздин рабочий компьютерлерибиздин блоктору эске түшөт. Көптөгөн чиптер технология тармагына таасирин тийгизген. Учурда эбегейсиз эсептөө кубаттуулугу бар күчтүү суперкомпьютерлер буга чейин эле иштелип чыккан. Ушундай эле аппаратураны космос мейкиндигин изилдее сыяктуу татаал технологиялык тармакта колдонуу логикалуу болор эле. Айга конуу же биздин планетадан миллиондогон километр алыстыкта космостук зондду учуруу жана маневр кылуу, албетте, коп эсептеечу кучту талап кылат. Көрсө, бул такыр андай эмес, жана, мисалы, космостук станцияны башкаруу үчүн канчалык аз талап кылынганына көбүңүздөр таң калышыңыз мүмкүн. Айтмакчы, жакында эле Кызыл планетага ийгиликтүү конгон жаңы Perseverance ровери RAD750 процессоруна негизделген, ал PowerPC 750нун өзгөчө версиясы – 3 жылдан ашык мурда чыккан iMac G20 компьютерлеринин жүрөгү. . Ал эми азыр Марста да иштеп жаткан Ingenuity тик учагы Snapdragon 801 процессору менен жабдылган.Эң татаал эсептөө операцияларын аткарган бул космостук аппараттар ушундай "кадимки" же эскирген микропроцессорлордо иштешет. Бирок бул абалдын келечекте да өзгөрүшү күмөн. Келгиле, НАСАнын жана башка космостук агенттиктердин окумуштуулары эмне үчүн мындай алсыз SoCтерди колдонууга аргасыз болгонун билели.
Ошондой эле окуңуз: Терраформинг Марс: Кызыл планета жаңы Жерге айланышы мүмкүнбү?
Космос процессорлору таң калыштуу жай
Келгиле, баарына белгилүү болушу керек болгон бир мисалдан баштайлы. Кеп 16-жылы 1969-июлда болгон окуя женунде болуп жатат. Бул куну «Аполлон-11» миссиясынын составында СА-506 ракеталык аппараты «Аполлон» кораблин Жердин атмосферасынан алып чыкты. Ал эми 4 күндөн кийин америкалык астронавттар Базз Олдрин менен Нил Армстронг адамзат тарыхында биринчи жолу Айдын бетине буту басышты. Миссия 1966-жылы иштелип чыккан AGC (Apollo Guidance Computer) жардамы менен ийгиликтүү ишке ашырылган. Дизайн компьютердик технологиянын көз карашынан алганда абдан кызыктуу болгон, бирок бул аппараттын техникалык мүнөздөмөлөрүн карап, бир гана миссиясы бардык ийгиликтүү болгон деп тан калууга болот. Ойлоп көрсөңүз, борттогу чип болгону 2,048 МГц тактык жыштыгы менен иштеген жана 2048 гана сөздүн оперативдүү эси болгон. Ооба, так сөздөр. Башкача айтканда, азыр бул жөн эле укмуштуудай сезилет, бирок ал учурда эң заманбап компьютерлердин бири болгон.
Белгилей кетчү нерсе, үй компьютери ушундай эле көрсөткүчтү сунуш кылган Apple II, бир нече жылдан кийин бошотулган. Башкача айтканда, ал кезде космос кораблдеринде ез убагындагы техникалык жаб-дуулар болгон.
Бирок, иштин бул абалы белгилүү бир чекитке чейин созулган, ал тез эле бир кыйла натыйжалуу аппарат сөзсүз эле мыкты чечим эмес экени айкын болуп калды, ал эми кээде дагы кооптуу болушу мүмкүн. Космос электроникасынын тарыхындагы бурулуш учур космостук нурлануунун так баалуулуктарын жана анын технологияга тийгизген таасирин аныктоо болду. Бирок радиация процессордун өзүнө кандай таасир этет?
Жөнөкөй борттук компьютер менен жабдылган Gemini космостук аппараты космоско учурулганда, аны түзүү үчүн колдонулган технологиялар бүгүнкү күндө өтө примитивдүү болгон. Бирок, космосто бул чоң артыкчылык болуп чыкты.
Азыркы учурда жаңы процессорлорду түзүүдө заманбап технологиялык процесстер колдонулууда, эми биз 7 нм литография менен жасалган микроскопиялык процессорлорду оңой эле сатып алабыз. Чип канчалык кичине болсо, аны күйгүзүү жана өчүрүү үчүн азыраак чыңалуу керек. Космосто бул олуттуу көйгөйлөрдү жаратышы мүмкүн. Чындыгында, радиациялык бөлүкчөлөрдүн таасири астында транзистор боло турган абалды пландан тышкары которуу мүмкүнчүлүгү бар. Бул, өз кезегинде, акыркы күтүлбөгөн учурда иштебей калышына алып келиши мүмкүн, же мындай процессордун жардамы менен жүргүзүлгөн эсептөөлөр туура эмес болуп калат. Ал эми космосто бул жол берилгис жана кайгылуу кесепеттерге алып келиши мүмкүн.
Кызыктуу мисал, мисалы, Intel 386SX процессору (Intel 80386нын кыскартылган версиясы), ал айнек кабина деп аталган нерсени башкарган. Ал болжол менен 20 МГц сааттык ылдамдыкта иштеген, башкача айтканда, секундасына 20 000 циклде тапшырмаларды аткара алган. Космостук курулушта дебют жасаган учурда, чип өзгөчө жогорку ылдамдыкка ээ болгон эмес, бирок андан да маанилүүсү, сааттын төмөн жыштыгынын аркасында процессор коопсуз болгон.
Радиацияга дуушар болгондо анын бөлүкчөлөрү процессордун кэш эстутумунда сакталган маалыматтарга зыян келтириши мүмкүн. Бул өтө кыска терезеде мүмкүн - аз убакыт аны кыйла азайтат, демек, тезирээк схемалар радиацияга көбүрөөк дуушар болушат. Жөнөкөй сөз менен айтканда, радиация акыр аягында маалыматтарды сактоого таасирин тийгизип, процессордун өзүнө зыян келтириши мүмкүн. Бул космостук станциянын, ракетанын же зонддун иштөө шарттарында жол берилбейт. Миллион долларлык долбоорду эч ким тобокелге салбайт.
Ошондой эле окуңуз: Марсты колониялаштырууга эмне тоскоол болот?
Кыйратуучу радиация
Бир убакта радиациянын таасири өндүрүш процессинин өзүндөгү өзгөрүүлөр менен компенсацияланган, мисалы, галлий арсениди сыяктуу материалдар колдонулган. Бирок, ар бир өзгөртүү абдан кымбат болгон. Мындан тышкары, космостук аппараттар үчүн системалар аз өлчөмдө адистештирилген заводдор түзүлөт. RHBD технологиясын колдонуу гана радиацияга туруктуу микросхемаларды өндүрүүдө стандарттуу CMOS процессин колдонууга мүмкүндүк берди. Ошондой эле бир эле биттин үч окшош көчүрмөсүн ар дайым сактоого мүмкүндүк берүүчү үч эселенген ашыкча сыяктуу ыкмалар колдонулган. Алар керек болгондо эң жакшысы тандалып алынат.
Радиациянын космостук системаларга кыйратуучу таасири бир жолу орусиялык Фобос-Грунт миссиясынын ишке ашпай калышына себеп болгон. Аскердик учактар үчүн иштелип чыккан WS512K32V20G24M чипине космостук нурлардын оор иондору зыян келтирген. Ашыкча ток компьютерге зыян келтирип, коопсуз режимге өттү. Байланыш көйгөйлөрүнөн улам кайра иштетүү мүмкүн болгон жок, бул зонддун атмосферага киришине жана анын күйүшүнө алып келди.
Ошондуктан, узак кызмат мөөнөтү менен долбоорлор үчүн, чынында эле бышык блоктору колдонулат. Мисалы, Хаббл телескобу алгач 8 МГц тактык жыштыгы менен 224 биттик Rockwell Autonetics DF-1,25 блогу менен жабдылган. Көп өтпөй бул жаман идея экени айкын болуп, NASA чипти Intel чипине алмаштыруу процессинен өтүшү керек болчу. 1993-жылы телескоп Intel 386ны колдоого ыңгайлаштырылган жана 3-жылы 1999A кызматтык миссиясы учурунда DF-224 жана Intel 386 жуп чиптери Intel 486 чипине алмаштырылган.
Биз бул жерде космостук станцияны мисалга келтирдик. Мындай чоң жана татаал түзүлүштүн бортунда абдан эффективдүү система болушу керек окшойт. Бирок, бул андай эмес. Белгилүү болгондой, Эл аралык космос станциясындагы (ЭКС) негизги компьютер мурда айтылган Intel 386 блогунда иштейт.Негизинен үч компьютерден турган эки комплект колдонулат – бир орусиялык жана бир америкалык. Келгиле, 2015-жылы Плутон тарабынан учуп, Койпер тилкесин бутага алган бир топ жаңы New Horizons космос кемесин да карап көрөлү. 15 МГц тактык жыштыгы менен радиацияга туруктуу Mongoose-V чипи, секундасына 40 000 цикл ылдамдыкта тапшырмаларды аткарууга жөндөмдүү болгон, бул аппараттагы функциялардын көбү үчүн жооптуу болгон. Анын өндүрүмдүүлүгү консол иштеген процессордун иштешине жакын PlayStation.
Заманбап космостук аппараттарды караганыбызда, дизайнерлер көп учурда бир нече ондогон жылдар мурун болгон чечимдерди колдонуп жатканын көрөбүз. Жакында бүткүл дүйнө Curosity роверинин Марска конушун көрүштү. Ичинде болгону 750 МГц ылдамдыкта иштеген BAE RAD200 процессору, IBM PowerPC 750 чипинин өркүндөтүлгөн версиясы бар деп аз эле адам ойлогон. Apple, бул процессорду iMac сериясынан билишиңиз мүмкүн. Мындан тышкары, ал Nintendo Wii консолунан азыраак эффективдүү микропроцессорду да колдонгон. Радиациянын жогорулашынын шарттарында эксплуатациялоонун талаптарына байланыштуу анын тактык жыштыгы уч эседен ашык кыскартылды.
Perseverance ровери дагы 20 жылдан ашык убакыт мурун чыгарылган процессордо иштей турганын айтып өттүк. Башкача айтканда, эч нерсе өзгөргөн жок, миллиондогон долларды түзгөн космостук аппараттар өткөн кылымда чыгарылган микропроцессорлорду колдонууда. Кандай угулбасын, бирок бул чындык.
Ошондой эле окуңуз: Компьютериңизде бош орун. 5 мыкты астрономия колдонмолору
Crew Dragon, Falcon жана Starlink иштеткен программалык камсыздоо жана компьютерлер
Биз атактуу Crew Dragon, Falcon жана Starlink мисалдарын колдонуп, программалык камсыздоо катары эмнелер колдонуларын кененирээк билүүнү чечтик.
Crew Dragon космос кемесинин атын укканда, көптөгөн адамдар биз берүү учурунда көргөн үч сенсордук экранды жана көк башкаруу интерфейсин ойлошот. Космостук аппаратты баскычтардын, өчүргүчтөрдүн жана джойстиктердин ордуна сенсордук экрандардын жардамы менен башкаруунун максатка ылайыктуулугу жөнүндө дагы эле көп талаш-тартыштар бар. Spacex бул вариантты тандап алышкан, анткени алардын максаты кемени эч кандай башкарууну талап кылбай тургандай кылып долбоорлоо жана ошол эле учурда экипажга мүмкүн болушунча көбүрөөк маалымат алуу мүмкүнчүлүгүнө ээ болуу болгон. Корабль толугу менен автономиялуу, астронавттар башкарууга тийиш болгон бир гана нерсе аудиосистеманын көлөмү сыяктуу кабинанын ички системалары менен гана чектелет. Кораблдин учушун жана анын эң маанилүү системаларын астронавттар башкаруусу өзгөчө кырдаалдарда гана ишке ашырылышы керек жана SpaceX космонавттардын өздөрүнүн жардамы менен бул тапшырмалар үчүн эң мыкты графикалык интерфейсти иштеп чыгууга аракет кылды.
Бирок, белгилей кетүү керек, кеменин негизги функцияларын дисплейдин астында жайгашкан баскычтар аркылуу башкарууга болот. Экипаж өрт өчүрүү системасын ишке киргизүүгө, атмосферага кайра киргенде парашюттарды ачууга, МКСке учууну үзгүлтүккө учуратууга, орбитадан авариялык түшүүнү баштоого, борттогу компьютерлерди кайра орнотууга жана башка авариялык иштерди аткарууга мүмкүнчүлүгү бар. Орто дисплейдин астындагы рычаг космонавттарга эвакуация системасын баштоого мүмкүндүк берет. Аларда дисплейлер аркылуу киргизилген буйруктарды баштоо жана жокко чыгаруу баскычтары да бар. Ошентип, астронавт дисплейде буйрукту аткарып, ал ишке ашпай калса, ал дисплейдин астындагы баскычты басып, буйрукту жокко чыгаруу мүмкүнчүлүгүнө ээ. Дисплейлердин ачык-айкындуулугу жана башкарылышы титирөө шарттарында да сыналды, сыноо топтору жана астронавттар кол каптарда жана мөөр басылган скафандрларда көптөгөн сыноолорду аткарышты.
Кыязы, ракета жана кеме башкаруу системасы үчүн абдан маанилүү талап, албетте, ишенимдүүлүк болуп саналат. SpaceX ракеталарында бул, биринчи кезекте, системанын ашыкча болушунун эсебинен, башкача айтканда, чогуу иштеген жана бири-бирин кайталап жана толуктай ала турган бир нече окшош компоненттерди колдонуунун эсебинен камсыз кылынат. Тактап айтканда, Falcon 9да жалпысынан үч өзүнчө борттук компьютер бар. Бул компьютерлердин ар бири ракетанын сенсорлорунан жана системаларынан маалыматтарды окуйт, керектүү эсептөөлөрдү жасайт, андан аркы аракеттер тууралуу чечим чыгарат жана ал чечимдерди кабыл алуу үчүн буйруктарды чыгарат. Үч компьютер тең өз ара байланышта болуп, алынган натыйжалар салыштырылат жана талданат.
Компьютерлер эки ядролуу PowerPC процессорлоруна негизделген. Дагы, эки өзөк бирдей эсептөөлөрдү жасап, аларды бири-бири менен салыштырып, ырааттуулугун текшерет. Ошентип, аппараттык камсыздоо үч эсе көп болсо, программалык-эсептөө ашыкча алты эсе. Ошол эле учурда, сиз, мисалы, кайра жүктөө аркылуу, бузулган компьютерди иштөө абалына кайтара аласыз. Негизги компьютер иштебей калса, калган компьютерлердин бири ээлейт.
Компьютерлер же башка системалар менен көйгөйлөр келип чыккан учурда, миссиянын тагдыры Автономдуу Учуу Коопсуздук Системасынын (AFSS) чечимине жараша болот. Бул бир нече микроконтроллердин (кичинекей компьютерлер) комплектинде иштеген, датчиктерден бирдей маалыматтарды, борттук компьютерлерден эсептөөнүн натыйжаларын жана буйруктарын кабыл алган жана учуунун коопсуз жүрүшүн көзөмөлдөгөн толук көз карандысыз борт-компьютер системасы.
Бардык компьютерлерде ар дайым мүмкүн болушунча ишенимдүү маалыматтар болушу үчүн, көпчүлүк сенсорлор бул маалыматтарды окуп, анан борттогу компьютерлерге жөнөтүүчү компьютерлер сыяктуу ашыкча болот. Ушундай эле жол менен ракеталардын айрым подсистемаларын (двигательдер, рульдер, маневрлер жана башкалар) башкарган компьютерлер борттогу компьютердик командалар аркылуу кайталанат. Ошентип, Falcon 9 кеминде 30 компьютерден турган бүт дарак тарабынан башкарылат. Дарактын башында баш ийген компьютерлердин тармагын башкарган борттук компьютерлер жайгашкан. Ар бир борттук компьютер менен өзүнчө байланыш каналы бар. Ошентип, бардык командалар ага үч жолу келишет.
Бирок сиз көрүп тургандай, бардык борттук компьютерлер заманбап суперкомпьютерлердин татаал микросхемаларына эмес, жөнөкөй микрочиптерге негизделген.
Ошондой эле окуңуз: Аалам: Эң адаттан тыш космостук объекттер
Космостук чиптердин келечеги
Салыштырмалуу эски процессорлорду колдонуу жаңылары түзүлбөй жатат дегенди билдирбейт. Болгону аларды түзүү процесси өтө оор жана көп убакытты талап кылат. Ошондой эле космосто колдонула турган ар бир түзүлүш MIL-STD-883 классынын талаптарына жооп бериши керек экенин түшүнүү керек. Бул АКШнын Коргоо министрлиги тарабынан иштелип чыккан 100дөн ашык тесттерден, анын ичинде жылуулук, механикалык, электрдик жана башка чип сыноолорунан өтүүнү билдирет. Бул сыноодон өткөн процессорлордун көбү кремний пластинкасынын борбордук бөлүгүнөн гана жасалган. Себеби, дал ушул жерде четиндеги кемчиликтер азыраак болот.
Келечектеги космос кемелери үчүн долбоорлордун тизмеси, башкалардын арасында, NASA тарабынан иштелип чыккан системалардын HPSC сериясын камтыйт. Күтүлгөндөй, процессорлор 2023 жана 2024-жылдардын ортосунда даяр болушу керек. Алардын ендурумдуулугу азыркы кезде космос кораблдеринде колдонулуп жаткан эц ылдам системалар-дан 100 эседен ашык жогору болууга тийиш. Америкалыктар Ай менен Марсты багындырууга жардам бере турган чиптерди иштеп чыгууга багытталган. Бирок азырынча бул долбоорлор гана.
Узак убакыттан бери ачык булактуу SPARK архитектурасына негизделген чиптерди иштеп чыккан Европа космостук агенттиги бир аз башкача мамиле жасайт. Мындай акыркы продукт LEON740FT үй-бүлөсүнөн GR4 модели болуп саналат. Бул төрт ядролуу 250 МГц процессор, гигабиттик тармак адаптери жана 2 МБ L1000 кэш менен жабдылган, учкучсуз космостук аппараттар жана спутниктер үчүн ылайыктуу платформа болушу керек. Окумуштуулардын эсептөөлөрү боюнча процессордун дизайны жана мүнөздөмөлөрү анын 300 жылдан кийин да нормалдуу иштешине кепилдик бериши керек. Окумуштуулар чип 250 жыл иштегенден кийин гана кеминде бир ката болушу мүмкүн деп кепилдик беришет. Бул космос кораблдеринин бекемдигине жана бекемдигине ишенимди шыктандырат, анткени ошол эле Марска учууга болжол менен 300—XNUMX сутка талап кылынат жана бул ыцгайлуу траектория гана. Зонддор кээде космосто жылдар бою тентип жүрүшөт.
Кызыктуу факт катары, 2017-жылы HPE жана NASA SpaceX Falcon 9 ракетасынын бортунда биринчи коммерциялык жогорку өндүрүмдүү компьютерди ишке киргизгендигин белгилей кетүү керек.Кош розеткалуу HPE Apollo 40 сервери Intel Broadwell процессорлору жана ылдам 56 Гбит/ нын интерфейси Эл аралык космос станциясына келди. Илимпоздор ишене турган болсок, анын аткаруу болгону 1 TFLOPS болгон, бирок ал космостук шарттар үчүн дагы эле көп болгон.
Бул биздин планетанын чегинен тышкары колдонуу үчүн чиптерди долбоорлоо канчалык кыйын экенин жана жок дегенде үй компьютеринин негизги процессорлорун кармоо үчүн канчалык көп иш жасоо керектигин көрсөтөт.
Бирок окумуштуулар космос кораблдеринин иштешин гана камсыз кылбастан, ошондой эле космостук радиациядан жана радиациядан ишенимдуу корголгон эц кубаттуу микрочиптерди иштеп чыгуу учун зор куч-аракеттерди жумшоодо. Балким, кванттык компьютерлер кырдаалды өзгөртөт, бирок бул башка окуя.
Ошондой эле окуңуз:
Оптоэлектроника/кванттык компьютерлер?
20 МГц секундасына 20000000 операция 20000 20 КГц.
"Бул төрт ядролуу процессор 250 МГц ылдамдыгында, гигабиттик чип жана 2 МБ LXNUMX кэш менен жабдылган."
Кандай чип?
Бул менин көңүлүм жок. Көңүл бурганыңыз үчүн рахмат. Бул гигабит тармак адаптери жөнүндө болгон. Аны оңдоду.
"Силердин көбүңүздөр, мисалы, космостук станцияны башкаруу үчүн канчалык аз керек экендигине таң калышыңыз мүмкүн" - Заманбап компьютерлер эң жөнөкөй тапшырмаларды аткаруу үчүн канча ресурстарды сарптаары таң калыштуу. Мисалы, Интернетте баракча ачуу үчүн космостук станцияны башкарууга караганда күчтүүрөөк процессор жана көбүрөөк эс керек.